¿Puede el agua a alta velocidad cortar metal?
Características técnicas del método de corte por chorro de agua
El corte por chorro de agua se pulveriza desde una boquilla con un diámetro de 0,1 mm ~ 0,2 mm a una velocidad de 100 m/s bajo una presión de 400MPa Proceso de corte con chorro de agua o mezcla de agua abrasiva. Durante el corte con agua abrasiva, el chorro se expulsa de la boquilla a través de una boquilla de carburo de diámetro pequeño (aproximadamente 1 mm) y el polvo abrasivo se succiona desde una tolva especial a través del chorro en la entrada de la boquilla. La energía cinética del chorro de agua se transfiere a las partículas abrasivas, eliminando así los restos microscópicos de la pieza cortada. En este momento, en realidad no hay calor ni fuerza actuando sobre la pieza en bruto, por lo que no hay deformación de la superficie de corte, ni rebabas ni distorsión de la estructura del material.
Cuando la potencia de corte alcanza más de 30 kW, el cabezal de trabajo se puede sujetar libremente con la mano o con un dispositivo de sujeción robótico. El dispositivo CNC con microprocesador del robot puede realizar cortes en cualquier ángulo del espacio.
Los chorros de agua pueden cortar chapa metálica, crear ángulos rectos precisos, perforar pequeños agujeros, crear ranuras estrechas y terminar perfiles muy estrechos (incluidos materiales no conductores de calor).
El corte puede iniciarse desde cualquier punto de la superficie de la pieza. El ancho de la incisión es pequeño (0,1 mm ~ 0,3 mm para corte con agua y 1 mm ~ 1,5 mm para corte con agua abrasiva), lo que puede garantizar el ahorro de material y reducir el consumo de energía. El proceso es flexible y ecológicamente limpio y, a menudo, se puede utilizar para cumplir con pedidos de una sola pieza que requieren un reajuste rápido del equipo.
El principal parámetro del proceso es la productividad o velocidad de corte v. Para la mayoría de los equipos de chorro de agua: v = 0,001 m/min ~ 12 m/min, y la precisión de corte es de 0,1 mm. La Tabla 2 enumera los datos de Flow sobre la velocidad de corte con agua abrasiva y el espesor de la pieza en bruto para diversos materiales. La Tabla 3 enumera los datos de Ingersoll Rand (Alemania) sobre la velocidad de corte por chorro de agua.
Plano de diseño
En la actualidad, existen muchos planes para el diseño de equipos de chorro de agua, incluidos robots y plataformas giratorias, pero el diseño de pórtico móvil o pórtico fijo es el más utilizado. . ampliamente.
Las coordenadas angulares auxiliares están preconsideradas en una serie de dispositivos de rack móviles [como Bystronic, Waterjet (Italia)]. Cuando el cabezal de trabajo se mueve a lo largo del eje Z, se pueden procesar los tubos en bruto, incluidas las superficies no circulares.
La energía residual del chorro se elimina en una ranura abierta debajo del banco de trabajo, lo que deteriora el medio ambiente ecológico. El tanque debe limpiarse periódicamente de lodos con la ayuda de transportadores rascadores, transportadores de tornillo y espirales hidráulicas.
El banco de trabajo utilizado para el posicionamiento en blanco puede estar hecho de placas de acero inoxidable, malla de alambre y púas en forma de rejilla; la superficie del banco de trabajo puede estar formada por materiales granulares. Los bancos de trabajo similares son caros y se desgastan con el avión, por lo que tienen una vida útil corta.
El banco de trabajo utilizado en el dispositivo de Watejet tiene la ventaja de un marco sólido compuesto de malla cuadrada (120 mm × 1200 mm). El tanque de sedimentación profundo está hecho de acero resistente a la corrosión. El dispositivo de transmisión está colocado en el exterior. Dimensiones del marco. En el interior hay un interruptor de punto final que controla el punto cero. El área de mantenimiento está situada en un lado de la longitud del marco, el área de carga se puede abrir completamente, los elementos de la red son reemplazables y el marco es muy alto.
El equipo con pórtico móvil se utiliza mejor para procesar piezas pesadas que no son fáciles de mover durante el corte. Un representante típico es el equipo Tll-200 de Flow, cuyo tamaño de mesa de trabajo es de 2m×4m.
Un ejemplo de diseño de pórtico fijo es el equipo de Ingersoll Rand, cuyo tamaño de mesa de trabajo es de 2m × 3m.
Cuando se elimina la energía residual del chorro en el colector, los lodos formados se descargarán al tanque de sedimentación a través de la manguera especial.
Con el proceso de corte se puede conseguir la máxima limpieza ecológica, ya que la zona cercana al orificio de salida del cabezal de trabajo se cubre con una cubierta especial y la cubierta se conecta a una aspiradora con un colector colocado a pocos milímetros de la pieza en bruto. Sin tanques de aguas residuales, el peso del equipo se puede reducir significativamente.
El diseño anterior tiene una estructura más compleja que la del pórtico móvil y hay piezas en el colector que se desgastan rápidamente. Además, para evitar que el chorro se doble demasiado a la salida de la pieza en bruto y se desvíe del colector, existen algunas restricciones en la velocidad de corte.
Dimensiones típicas del banco de trabajo (tomando como ejemplo el equipo de la empresa de flujo): 2m×1,5m; 2m×4m; 3m×6m (el primer número es la dimensión a lo largo del eje X). Para mover el cabezal de trabajo a lo largo de cada eje, la mayoría de los servoaccionamientos electromecánicos utilizan transmisión por husillo de bolas. Generalmente, el movimiento a lo largo del eje Z no supera los 180 mm ~ 200 mm.
A la hora de fabricar el dispositivo se debe prestar especial atención a la selección de materiales y a la protección de la transmisión para evitar que caiga agua y polvo en ella. En la unidad Waterjet, hay un carro de acero resistente a la corrosión y una corredera de aluminio sostenida por bolas precargadas que se mueve a lo largo de guías de acero pulido resistente a la corrosión. La transmisión se realiza mediante un motor de corriente alterna sin escobillas mediante un engranaje epicicloide y una correa dentada con suficiente resistencia a la tracción. La relación de transmisión a lo largo de la coordenada Y se realiza mediante el eje de aluminio. La unidad de transmisión prevé la doble protección de correas de caucho y cortinas onduladas.
Parámetros principales del dispositivo de chorro de agua
Uno de los componentes principales del dispositivo de chorro de agua es el dispositivo de alta presión. Consta de una caja de dispositivos hidráulicos, una bomba variable con motor de accionamiento, uno o más boosters, acumuladores, componentes hidráulicos, un sistema de acondicionamiento de aceite (filtración y enfriamiento), una bomba auxiliar de agua de proceso, un filtro fino de agua. Consta de un controlador y una caja de control eléctrico.
En un sobrealimentador de doble efecto, el aceite se desvía de la bomba 1 a un cilindro hidráulico de baja presión (generalmente 12MPa~16PMa), lo que obliga a su pistón a moverse junto con el pistón del cilindro hidráulico de alta presión. . Debido a que la relación de las áreas de trabajo de los pistones del cilindro hidráulico de baja y alta presión es (20 ~ 30): 1, la presión del agua se puede aumentar en consecuencia. Por lo tanto, el agua de proceso bajo una presión de 0,8MPa~1MPa puede llenar el cilindro hidráulico de alta presión a través de otra válvula unidireccional e ingresar al acumulador y al cabezal de trabajo.
El acumulador puede amortiguar la fluctuación de presión cuando el pistón del cilindro hidráulico invierte la dirección. La fluctuación de presión en la entrada del cabezal de trabajo no debe exceder el 5%. Por tanto, a la hora de seleccionar la capacidad del acumulador hay que tener en cuenta que cuando la presión es de 400MPa, la compresión del agua en el cilindro hidráulico de alta presión es cercana al 20%. Debido a que el acumulador es un recipiente de alta presión con una gran cantidad de metal en su interior, es mejor no utilizarlo en equipos modernos. Para reducir las fluctuaciones de presión, generalmente se instala un acumulador con una capacidad de aproximadamente 2,5 litros en la línea de aceite de refuerzo de la bomba de aceite.
La eficiencia del proceso de corte por chorro de agua está relacionada en gran medida con la presión de trabajo P, por lo que los diseñadores de dispositivos intentan asegurar su valor máximo, pero no han podido aplicarlo con éxito tras superar el límite de 400MPa. Generalmente P=350MPa~380MPa. El problema es que cuando P = 300 MPa, la tensión en la superficie interna del cilindro hidráulico de alta presión ha alcanzado el límite elástico de la mayoría de los aceros estructurales (incluso si no existe un factor de concentración de tensión local). Esto requiere el uso de acero de alta resistencia y resistente a la corrosión. Además, la vida útil actual de las juntas de elastómero no supera las 500 horas. Para reducir las cargas axiales que actúan sobre los sujetadores de los cilindros hidráulicos, las dimensiones radiales del sello deben ser mínimas.
Los principales parámetros del dispositivo de chorro de agua (caudal de agua de proceso Q y potencia de transmisión P) se determinan según el diámetro de la boquilla D y la eficiencia del sistema hidráulico (Figura 1) es generalmente menor. de 0,65 mm. Para aumentar el caudal de agua, se logra instalando un sobrealimentador estándar auxiliar (segundo). Prácticamente todos los sobrealimentadores están diseñados con un sobrealimentador de doble efecto y una válvula direccional hidráulica controlable. Los cilindros hidráulicos de alta presión tienen un orificio liso (sin fuentes de concentración de tensiones) y una tapa con una válvula unidireccional incorporada.
Flow Company produce más de 30 tipos de sobrealimentadores, con una presión de 380MPa y q = 1,93 l/min ~ 12l/min.
El dispositivo de alta presión utilizado en el dispositivo de Bystronic tiene las siguientes ventajas principales: hay dos sobrealimentadores de doble efecto, que pueden mantener constantes los parámetros P y Q, y no utilizan acumuladores de presión de estampado; la presión de trabajo es independiente entre sí; hay tres niveles de filtros de agua finos; puede observar el estado de los sellos de alta presión y reemplazar los sellos rápidamente; es suficiente para suministrar energía a varios cabezales de trabajo;